DE3048887A1

DE3048887A1 - Steuerbarer ventiltrieb, insbesondere fuer die gaswechselventile einer hubkolben-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3048887A1
Application number: DE19803048887
Authority: DE
Inventors: Heiko Dr.rer.nat. 8070 Ingolstadt Barske
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG; Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1980-12-23
Filing date: 1980-12-23
Publication date: 1982-07-22

Description

Ingolstadt, den 22. Dez. 1980 IP 1714 DrBa/Dö

Steuerbarer Ventiltrieb, insbesondere für die Gaswechselventile einer Hubkolben-Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft einen steuerbaren Ventiltrieb, insbesondere für die Gaswechselventile einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Für das Betriebsverhalten, insbesondere den spezifischen Verbrauch, von Brennkraftmaschinen haben die Steuerzeiten der Gaswechselventile große Bedeutung. Aus der Literatur sind zahlreiche Vorschläge bekannt den Ventiltrieb so auszubilden, daß die Steuerzeiten verändert werden können, um ein optimales, den jeweiligen Lastbedingungen angepaßtes Betriebsverhalten zu erreichen.

Bei einem bekannten, gattungsgemäßen Ventiltrieb (DE-AS 24 48 311) arbeitet der von der Nockenwelle betätigte Stößel mit einem in der Führungsbuchse ausgebildeten Ringraum zusammen, mit dem der Arbeitsraum über einen im Inneren des Stößels ausgebildeten Verbindungskanal verbunden ist, solange eine am Stößel ausgebildete Steuerkänte diese Verbindung nicht absteuert. Der Ringraum ist mit einem Vorratsbehälter für das Hydraulikfluid verbunden. Je nach Stellung der axial beweglichen Führungsbuchse kann das Hydraulikfluid über einen mehr oder

weniger großen Teil des Hubs des Stößels vom Arbeitsraum in den Ringraum und von dort in den Vorratsbehälter abströmen. Beim Rückhub wird das Hydraulikfluid angesaugt, so daß es den Ringraum und dann den Arbeitsraum wieder füllt. Eine Eigenart des bekannten Ventiltriebs liegt darin, daß verhältnismäßig lange und zum Teil enge Leitungen vorgesehen sind, die deutliche Energieverluste des Ventiltriebs mit sich bringen, und daß das Hydraulikfluid beim Rückhub des Stößels mit Unterdruck beaufschlagt wird, wodurch die Gefahr von Blasenbildung besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen in seinem Aufbau einfachen steuerbaren Ventiltrieb, insbesondere für die Gaswechselventile einer Hubkolben-Brennkraftmaschine zu schaffen, der bei geringem Energieverlust funktionssicher arbeitet.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb strömt das Hydraulikfluid während des Teils des Hubs des ersten Stößels, welcher nicht in einen Ventilhub umgesetzt werden soll, in einen weiteren Arbeitsraum, in dem es einen federbelasteten Kolben verdrängt. Die durch die Verschiebung des Kolbens in der Feder gespeicherte Energie wird beim Rückhub unmittelbar dazu verwendet, das in den weiteren Arbeitsraum geströmte Hydraulikfluid zurück in den ersten Arbeitsraum zu drücken. Es werden keine langen Leitungen benötigt und das Hydraulikfluid steht ständig unter überdruck, wodurch keine Gefahr von Blasenbildung besteht.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 2 wird die zur Bewegung des Hydraulikfluids zwischen den beiden Arbeitsräumen erforderliche Energie auf ein

Minimum herabgesetzt.

Der Anspruch 3 kennzeichnet eine besonders einfache, rein mechanisch arbeitende Ausführungsform der Stelleinrichtung.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 4 wird erreicht, daß das durch Spalte austretende Hydraulikfluid ständig ersetzt wird und daß keine gesonderte Einrichtung zur Nachstellung des Ventilspiels erforderlich ist.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 5 wird die Funktionssicherheit der Ausführungsform des Ventiltriebs gemäß Anspruch 4 erhöht, da auch in Ruhestellung des Ventiltriebs der erste Arbeitsraum mit Hydraulikdruck beaufschlagt ist.

Der Anspruch 6 kennzeichnet eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventiltriebs, die für den Einsatz elektronischer Steuerungen geeignet ist.

Der erfindungsgemäße Ventiltrieb ist für zahlreiche Anwendungen geeignet, beispielsweise kann er für die Steuerung der Fördermenge von Pumpen, für die Veränderung von Steuerzeiten der Ventile von Brennkraftmaschinen oder auch für die Füllungssteuerung von Brennkraftmaschinen verwendet werden. Das letztere Anwendungsgebiet ist insbesondere bei Ottomotoren vorteilhaft, da eine Steuerung der Füllung nur über das bzw. die Einlaßventile eine Drosselklappe überflüssig macht, wodurch die durch die Verwendung der Drosselklappe bedingten Drossel-

bzw. Strömungsverluste beseitigt werden und die Brennkraftmaschine
insbesondere im Teillastbetrieb mit vermindertem spezifischen Verbrauch arbeitet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Ventiltrieb,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Stößels
des Ventiltriebs gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht einer aufgeschnittenen Führungsbuchse des Ventiltriebs gemäß Fig. 1 und

Fig. 4 eine Schnittansicht einer abgeänderten Ausführungsform des Ventiltriebs gemäß Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 ist in einem Zylinderkopf 2 einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine in an sich bekannter Weise ein Ventil 4 gegen die Kraft einer Ventilfeder 6 beweglich geführt. Das Ventil 4 dient zum Öffnen bzw. Schließen des nicht dargestellten Ansaugkanals der Brennkraftmaschine und ist somit das Einlaßventil.

Zum Betätigen des Ventils dient eine im Zylinderkopf gelagerte Nockenwelle 8, die sich in bekannter Weise mit halber Kurbelwellendrehzahl
dreht.

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Die Nockenwelle 8 wirkt nicht unmittelbar auf den Schaft 10 des Ventils 4, sondern auf einen ersten Stößel 12, der in einer zylindrischen Durchgangsbohrung 14 einer Führungsbuchse 16 arbeitet. Die Führungsbuchse 16 ist in ein einteilig mit dem Zylinderkopf 2 ausgebildetes oder starr mit dem Zylinderkopf 2 verbundenes Bauteil 18 eingesetzt. In der Durchgangsbohrung 14 arbeitet ein zweiter: Stößel 20, der mit dem Schaft 10 zusammenwirkt. Zwischen den beiden Stößeln 12 und 20 ist ein erster Arbeitsraum 22 gebildet.

Der erste Stößel 12 weist, wie aus Fig. 2 ersichtlich, eine von seinem dem Arbeitsraum 22 zugewandten Ende ausgehende, insgesamt dreieckige Aussparung 24 auf. Eine Randkante 26 dieser Aussparung 24 verläuft etwa parallel zur Achse des Stößels und hat eine Länge, die dem Hub der Nockenwelle 8 entspricht.

Die Führungsbuchse 16 ist mit einem Schlitz 28 (Fig. 3) ausgebildet, der geringfügig länger als die Randkante 26 ist und in einen am Außenumfang der Führungsbuchse 16 ausgebildeten, sich über ein Ringsegment erstreckenden Ringraum 30 übergeht.

Der Ringraum 30 grenzt an einen zweiten, im Bauteil 18 ausgebildeten Arbeitsraum 32, in dem gegen die Kraft einer Feder 34 ein Kolben 36 arbeitet.

In den Arbeitsraum 32 mündet eine mit einem Rückschlagventil 40 versehene Nachfülleitung 42, die beispielsweise an den mit einer ölpumpe 44 versehenen Schmierölkreislauf des Motors angeschlossen ist und von einem Vorratsbehälter 46 aus ständig mit Schmiermittel beaufschlagt ist.

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Die Führungsbuchse 16 ist innerhalb des zylinderkopffesten Bauteils 18 verdrehbar angeordnet, wobei die Verdrehbarkeit derart ist, daß der Ringraum 30 ständig mit dem Arbeitsraum 32 verbunden ist. Der erste Stößel 12 weist eine Nut 48 auf, in die ein am Bauteil 18 befestigter und damit zylinderkopffester Stift 50 eingreift, so daß der erste Stößel 12 einer Verdrehung der Führungsbuchse 16 nicht folgt.

Die Verdrehung der Führungsbuchse 16 kann mit Hilfe eines Hebels 52 oder auch über eine Zahnstange, welche mit einem an der Führungsbuchse 16 ausgebildeten Gewinde zusammenarbeitet, erfolgen.

Die Funktion der beschriebenen Anordnung ist folgende:

Sei zunächst angenommen, daß sich die Führungsbuchse 16 in einer Stellung relativ zum ersten Stößel 12 befindet, in dem zwischen der Aussparung 24 und dem Schlitz 28 keine Überlappung besteht. Die Länge des Schlitzes 28 ist derart, daß in der obersten Stellung des Stößels 12, d.h. am Nockengrundkreis, das untere Ende des Schlitzes 28 etwas über den Stößel 12 hinausragt, so daß eine Verbindung zwischen den ersten Arbeitsraum 22 und dem zweiten Arbeitsraum 32 besteht, wodurch gewährleistet ist, daß die beiden Arbeitsräume von der Leitung 42 her mit Hydraulikfluid gefüllt sind. Etwaige Luft kann durch bestehende Spalte oder eine nicht dargestellte, gesonderte Entlüftungsbohrung entweichen.

Unmittelbar nach Beginn einer Abwärtsbewegung des ersten Stößels 12 überfährt dessen Unterkante den Schlitz 28 vollständig, so daß die Verbindung zwischen den beiden Arbeitsräumen 22 und 32 abgetrennt

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wird und das im Arbeitsraum 22 enthaltene Hydraulikfluid die Bewegungsübertragung zwischen Stößel 12 und Stößel 20 herbeiführt.

Wird die Führungsbuchse 16 in eine Lage gedreht, in der der Schlitz 28 einen Teil der dreieckigen Aussparung 24 überdeckt, so wird beim Hub des Stößels 12 Hydraulikfluid vom Arbeitsraum 22 in den Arbeitsraum 32 übergedrückt, solange eine überdeckung zwischen Aussparung 24 und Schlitz 28 vorhanden ist. Die Schrägkante der Aussparung 24 wirkt als Absteuerkante, die die Verbindung zwischen den beiden Arbeitsräumen 22 und 32 unterbricht. Die vom Arbeitsraum 22 in den Arbeitsraum 32 gedrängte Flüssigkeit drückt den Kolben 36 gegen die Kraft der Feder 34 gemäß Fig. 1 nach rechts, wobei während dieses Ubertrömens das Ventil 4 noch vollständig geschlossen bleibt, da die Ventilfeder 6 stärker als die Feder 34 ist. Beim Rückhub strömt die Flüssigkeit unter dem Druck der Feder 34 vom Arbeitsraum 32 in den Arbeitsraum 22 zurück, sobald wieder eine Überdeckung zwischen Schlitz 28 und Aussparung 24 vorhanden ist.

Wird die Führungsbuchse 16 in eine Lage gedreht, in der der Schlitz 28 die Aussparung 24 im Bereich der gesamten Randkante 26 überlappt, so wird über den vollen Hub des Stößels 12 Hydraulikfluid vom Arbeitsraum 22 in den Arbeitsraum 32 transportiert und beim Rückhub des Stößels 12 umgekehrt durch die Kraft der Feder 34 vom Arbeitsraum 32 in den Arbeitsraum 22 rücktransportiert, wodurch das Ventil 4 vollständig geschlossen bleibt.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich unmittelbar, daß die Füllung der Brennkraftmaschine durch die Drehstellung der Führungsbuchse 16 be-

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stimmt werden kann/ so daß eine Drosselklappe überflüssig ist.

Bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine können beispielsweise alle Einlaßventile mit dem beschriebenen Ventiltrieb versehen werden. Die Führungsbuchsen 16 können gemeinsam von einem Leistungssteuerorgan her betätigt werden, beispielsweise mittels einer im Zylinderkopf angeordneten Zahnstange.

Es sind zahlreiche Abänderungen des beschriebenen Ventiltriebs möglich. Je nach Ausbildung der Aussparung 24 und des Schlitzes 28 können unterschiedliche öffnungs- und/oder Schließzeitpunkte erzeugt werden. Der Ventiltrieb kann auch nur dazu verwendet werden, einzelne Ventile völlig stillzusetzen usw. Zwischen den beiden Stößeln 12 und 20 kann eine zusätzliche Feder angeordnet werden oder die Leitung kann an den ersten Arbeitsraum 22 angeschlossen werden. In Anwendung auch für die Auslaßventile kann mit dem Ventiltrieb der in den einzelnen Brennkammern der Brennkraftmaschine verbleibende Abgasrest eingestellt werden. Zwischen dem ersten Stößel 12 und der Nockenwelle 8 kann ein zusätzliches Bauteil angeordnet werden. Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 vorallem darin, daß keine verdrehbare Führungsbuchse 16 vorgesehen ist, sondern daß vom ersten Arbeitsraum 22 in den zweiten Arbeitsraum 32 ein Verbindungskanal 54 führt, in dem ein nicht im einzelnen dargestelltes, elektrisch betätigbares Ventil 56 angeordnet ist. Der Verbindungskanal 54 geht von einer Stelle des ersten Arbeitsraumes 22 aus, die weder vom ersten Stößel 12 noch vom zweiten Stößel 2 0 überfahren wird, so daß gewährleistet wird, daß die Verbindung zwischen den beiden Arbeitsräumen 22 und 32 mittels des Ventils 56 ständig gesteuert werden kann. Es versteht sich, daß

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als Ventil 56 ein Ventil mit großem Öffnungsquerschnitt und kleinen Betätigungskräften vorteilhaft ist, damit beim Überströmen des Hydraulikfluids zwischen den beiden Arbeitsräumen 22 und 32 nur wenig Energie verbraucht wird und zur Betätigung des Ventils 56 ebenfalls nur eine geringe Energie erforderlich ist. Zum völligen Stillsetzen des Gaswechselventils kann das Ventil 56 geschlossen werden, wenn der Stößel 12 seine unterste Lage erreicht hat. Der Stößel 12 behält dann seine unterste Lage bei, so daß der Nocken der Nockenwelle 8 an ihm vorbeistreicht. Soll das Gaswechselventil 4 wieder in Betrieb genommen werden, wird das Ventil 56 geöffnet, so daß sich der Stößel 12 in Anlage an den Nocken nach oben gewegt. Es versteht sich,daß die Öffnung des Ventils 56 unmittelbar nach Vorbeistreichen der Nockenspitze am Stößel 12 erfolgt, so daß sich der Stößel 12 in Anlage an den Grundkreis des Nockens bewegt.

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Claims

AUDI NSU ΑΐίΙΟ Ή$Ιΰ&

Aktiengesellschaft

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Ingolstadt, den 22. Dez. 1980 IP 1714 DrBa/Dö

Steuerbarer Ventiltrieb, insbesondere für die Gaswechselventile einer Hubkolben-Brennkraftmaschine

Patentansprüche :

1/ Steuerbarer Ventiltrieb, insbesondere für die Gnswechüel.vent Π ο einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle zum öffnen eines mittels einer Ventilfeder in Schließstellung belasteten Ventils, sowie einer Führungsbuchse mit einer Durchgangshohrung, in der ein von der Nockenwelle betätigter erster Stößel und ein das Ventil betätigender zweiter Stößel arbeiten, die zwischen sich einen mit Hydraulikfluid gefüllten, ersten Arbeitsraum einschließen, und mit einer Stelleinrichtung, die den ersten Arbeitsraum während eines einstellbaren Teils des Hubs des ersten Stößels mit.einem äußeren Raum verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Raum als zweiter Arbeitsraum (32) ausgebildet ist, in dem ein Kolben (36) arbeitet, der durch das während des einstellbaren Hubs des ersten Stößels (12) aus dem ersten Arbeitsraum ausströmende Hydraulikfluid gegen die Kraft einer Feder (34), welche schwächer ist als die Ventilfeder (6), bewegt wird.
2. Ventiltrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß der weitere Arbeitsraum (32) unmittelbar

an die Führungsbuchse (16) anschließt.
3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Stelleinrichtung durch Steuerfenster im ersten Stößel und der Führungsbuchse sowie eine Bewegbarkeit der Führungsbuchse gebildet ist, dadurch gekennzeichnet , daß das Steuerfenster des ersten Stößels (12) durch eine vom ersten Arbeitsraum (22) ausgehende, insgesamt dreieckige Aussparung (24) gebildet ist, die eine etwa achsparallele Randkante (26) aufweist, daß das Steuerfenster der Führungsbuchse (16) durch einen etwa achsparallelen Schlitz (28) gebildet ist, welcher über einen Ringraum (30) mit dem zweiten Arbeitsraum (32) verbunden ist, und daß die Führungsbuchse relativ zum ersten Stößel verdrehbar ist.
4. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den zweiten Arbeitsraum (32) eine mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid beaufschlagte und mit einem Rückschlagventil (40) versehene Nachfülleitung (42) mündet.
5. Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Machfülleitung (42) bei in Ruhestellung befindlichem ersten Stößel (12) mit dem ersten Arbeitsraum (22) verbunden ist.
6. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung durch ein ansteuerbares Ventil (56) gebildet ist.